～ 光電所參與歐盟 European Master of Science in Photonics (EMSP) 碩士雙學位計畫  系列報導 ～

【之一】

撰文：光電所碩士班學生李妍儀

【續上期】

我在歐洲時去了不少國家與城市，包含荷比盧英法德義西等等。歐洲真的很美，每個城市的街道跟建築都呈現不同的風味跟特色，在歐洲漫步在街頭是很享受的，氣候涼爽太陽也不會太大。個人很喜歡西班牙巴塞隆納高第的建築，充滿奇幻的色彩，好像走進了宮崎駿的童話世界，令人歎為觀止。德國就像日本一樣，是歐洲比較獨特，相當講求紀律的國家。法國很浪漫，常常看到很多亞洲觀光客到法國搶購名牌，不愧為購物天堂，其實在法國買名牌真的比台灣便宜很多，又可以退一筆稅，但法國人本身好像不追求名牌，都是看到亞洲人在買。義大利出了很多有名的雕塑家與藝術家，有好多好多壯觀的建築，甚至連經過路邊一座噴泉都可能是出自某大師的傑作。世界上最小的國家梵諦岡就在羅馬境內，很難想像教皇在這個宗教國家的權力，居然可以如此富麗堂皇。英國的食物不是普通的難吃，倫敦內的博物館很多都是免費的，大英博物館是讓我印象最深的博物館，導覽做得非常好，逛一整天都逛不完，喜歡博物館一定要到倫敦去走一遭。

歐洲越北邊治安越好，大城市治安會較差，像根特的小城鎮就很安全。普遍來說，歐洲小偷扒手猖獗，相較之下台灣真的安全許多。在巴黎的地鐵站，常見到逃票的人，通常在最頭或最尾的車廂，兩手空空、兩人一組、膚色較深的很有可能是扒手。在車門即將關閉卻又臨時要出車廂，以及抱著孩子的婦人亦都有機會是。在歐洲隨身貴重的物品一定要特別注意，有認識的亞洲女生在巴塞隆納被搶，先把髒東西潑到她們身上，趁她們注意力分散時同夥就把她們的東西搶走了。也有同學在街上被沒來由地用報紙打屁股；我騎腳踏車時有遇過被對向的腳踏車騎士推一把，當然在路上搭訕及調侃的人也很多，尤其喜歡調侃亞洲女生。

在歐洲旅遊，如果提早規劃，常常可以買到廉價航空的便宜機票。有看過布魯塞爾飛到米蘭的才賣八歐，越早買越便宜，提早規劃交通的價位是火車>巴士>飛機，但離出發時間越近機票越貴，價差十分大，價位會變成飛機>火車>巴士。廉價航空的出發時間及機場位置通常都是比較冷門的，對行李的規定也很嚴，但對於學生來說真的很經濟實惠。在歐洲旅遊是有辦法很省的，有網站專門提供沙發給沙發客，所謂的沙發就是睡別人家，大家互相提供別人方便，達到省去住宿費的目的，又可以結交朋友。

歐洲真的好好玩，唯一比較困擾的是每個國家的語言都不同，英文也不一定通。剛開始會怕怕的，但後來膽子越來越大，也不擔心在語言不通的陌生環境，反正勇敢闖就對了！【全文完】

【之二】

撰文：光電所碩士班學生蔡孟珂

【續上期】

歐洲不比台灣，樣樣方便，英文也未必到哪都講得通，Be prepared，把自己準備好，再出國。

出國必帶：

A. 開放的心胸：在家靠父母、出外靠朋友。人在國外，一切都從厚臉皮開始，剛開始誰都不認識，第一步就是搭訕別人，認識新朋友！剛開始聽不懂某些口音沒關係，多聊天自然而然就懂了，別人聽不懂自己也沒關係，多講幾次就明白了。最重要的是：別灰心，友善待人別人也會友善待你。

B. 轉接頭：歐洲各地的插座規格不一，沒有一個是跟台灣一樣的，所以出國前請準備好各式各樣的轉接頭，筆電和手機無法充電會囧到爆炸的。到他國旅行前，也請攜帶轉接頭，不是每個住宿地都會有轉接頭可以借用。

C. 智慧型手機：不怕一萬，只怕萬一，剛到新環境，人生地不熟，也不一定會遇到有空帶自己認識周圍環境的朋友，有智慧型手機 + google map，獨自趴趴走就不是問題了。另外，旅行時迷路可不是鬧著玩的，尤其是在當地人都不說英文的時候。（到別國旅行怕網路費太貴，請使用離線地圖 + 無所不在的McDonald’s）

D. 第二隻手機：不怕一萬，只怕萬一，智慧型手機容易是歹徒下手的目標，如果手機被偷了，還有一隻備用。（當然，在當地買最陽春的手機也不貴就是了）

E. 台灣特產：禮多人不怪，多準備一些送人的東西總是好的，以備不時之需。例如台灣明信片、鳳梨酥、中國結…，有很多東西可以送的。另外我個人認為，東西不要第一次見面就送，等到變好朋友再送也不遲。（真心推薦鳳梨酥，送禮自用兩相宜）

F. 球拍：體育館的羽毛球拍可以借到還不錯的，但桌球拍就讓人很無言，如果有在打桌球，桌球拍不大，就帶到歐洲吧。

G. 隱形眼鏡（如果有需要）：歐洲的價位...（咳咳咳）

H. 文具用品：當我拿出嚓嚓筆，外國人都很訝異！這才知道，原來嚓嚓筆也是不錯的伴手禮。

I. 信用卡：可在國外提款機取款的那種，不怕一萬，只怕萬一，辦了卡請記得開通，要能在國外提款才有用！

出國不必帶：延長線、吹風機、筆記本等很多東西，因為到當地買就好了。除此之外，課本能帶電子檔就不要帶紙本了，回國時也是，以免增加負擔。

出國了，一切都得靠自己。資訊收集最重要，請善用Facebook和PTT。難得能夠出國留學，一定要抓住機會，好好學習，增長見聞，才不枉費辛苦促成計畫的人們、願意給予贊助的人們、還有支持著自己的人們，也不枉費自己的努力爭取。最後，無論你有沒有要出國，祝福大家，有愉快且充實的學生生活。今日的付出會成為明日的能量，加油！【全文完】

 

【之三】

撰文：光電所碩士班學生蘇建儒

【續上期】

認識了一群國外的好朋友是這一年的旅程中最特別的經歷。記憶深刻如同老酒擺放在回憶的酒窖中；每當我越常想起過去，那香氣益發濃郁。記得和三個英國朋友Paul、Marc、Johnathan一起為了專題熬夜設計一個高能量單模態固態雷射。和美國同學Michael出走去倫敦，在貝克街扮福爾摩斯，徜徉大英博物館。和室友們Imad、Faisal一起煮咖哩飯，並閒聊聖安的修課和未來工作。幾次難得的下午，到德國朋友Mike家BBQ，去休閒中心打壁球。還有與EMSP夥伴的交談，發現每個人都很有自己的想法，卻尊重對方的意志。珍惜這些碰到的物理系朋友，即使他們擁有著跟我們所不同的文化價值觀，但相處的時候，並不會表露西方文化的高傲。

我跟EngD和POED的三位朋友在考試完後的大合照 。

一開始很擔心交外國朋友好難，總覺得外國人難以親近。事實上，同理心是很重要的一點，我發現只要放開心，踏出去第一步，彼此間陌生的距離可以縮短很多。就像在台灣，很隨口地關心朋友吃飽了沒啊、去哪裡玩啊，雖然是小小的關心，但在國外還是很受用的。除了這些口頭上的關心問候，對對方文化有一些了解也是幫助很多。譬如說，如果有在看車，就可以跟英國人聊聊BBC很有名的車訊節目「Top Gear」，有在看影集，就可以討論最新的「Sherlock Holmes」，看選秀節目的話，就談「2012 British got talented」的哪個素人最厲害。這些都是會引起很大共鳴的話題，而且無形之中也讓彼此創造出很多對話的機會，當然練英文這時候也就最快啦！如果要再更積極的話，請多多製造派對機會，各種名目都行，反正就是一個派對的藉口，譬如慶祝室友回家啊、考完小考啊，大部分的外國人一定會熱心參與的。就像在台灣交朋友一樣，只要花心思付出，都會有很多收穫。

至於跟外國教授的相處，我遇到的兩位指導教授Tom和Klaus都是個性很隨和的人。在專業領域上，可以討論你任何覺得可行的想法，且不吝嗇於給你回饋。研究上，給我的空間自由度都相當大，只要我覺得想法上可行的，就可以試試看。私底下的國外教授則真的是像朋友一樣，不要看他們平常忙於計畫、研究室的經營、帶學生這麼多繁忙的事務，但是日常生活中的活力卻一點也不輸年輕人。譬如說我就曾跟我們教授一起去PUB看足球比賽、吃BBQ、喝whisky。 他們很熱愛自己的工作也熱愛生活，創造出來的生命力因此很驚人。未來學弟妹只要保持平常該注意的禮貌，多觀察教授的個性，思考研究該怎麼做，其實外國教授不會很難相處的。

我和我的指導教授Klaus Metzger及研究室同學Mike Johanss，在做完雷射討論後的合照 。

在歐洲旅行的時候，常常會聽到一些有趣的事情。大部人都聽過華人被外國人說英文發音怪裡怪氣，但這點發生在西方人自身就挺匪夷所思的。其實只要是不同國家，西方人也會笑彼此口音。我的美國好朋友Michael有次去愛爾蘭旅行，被一位愛爾蘭人問路，Michael只稍微回答了一下，就被愛爾蘭人說他的英文怎麼會發音不標準，令人不禁莞爾。也有相同的例子發生在比利時；因為比利時語跟荷蘭語相當接近，因此照理來說，比利時人與荷蘭人溝通上是沒問題的。但是不知道為何，荷蘭電視節目製作人一定會把比利時來的頻道打上字幕，這點也惹毛蠻多比利時人，聽起來也是挺不可思議。

至於英國人有禮貌也是一件蠻特別的事情；請、謝謝、對不起一定常常放在嘴邊，許多貼心的小動作更是不勝枚舉。譬如說，如果英國人看到別人跟在後面走進來，一定會幫你把門拉著，讓你進來。當你不小心撞到別人，在台灣通常是我們先說對不起 ，然而在英國卻是別人會先跟你說對不起；詢問過英國人的意見之後，才知道這是在表示他們覺得不好意思站在那邊擋到你的路。關於英國國情中的過分禮貌，有個諷刺性的短笑話是這樣寫的：有個年輕的中國人，到了英國在應徵工作的時候，被人家指正說講的英文不好，過了一年，他講的英文還是一樣爛，不過英國人這時反而聽得懂了，為什麼呢？原來是他會說請跟謝謝了 ！從這小故事中就看得出來英國人多強調禮貌這件事情。

最後說說歧視這個議題，到各個國家還是難免會碰到這類的事，畢竟膚色不同，總是會引來不好的關注。我去倫敦時，只是拍攝有名的福爾摩斯住的貝克街，就被一個路過老太太講死觀光客；雖然旁邊路人都說他是神經病不要理他，不過第一次遇到這樣的事情還是很吃驚。更不用說在點餐的時候，常常沒被注意到，需要三番兩次提醒。華人也常是扒手的下手對象，周遭好多的同學都被偷了護照跟錢包。總而言之，在歐洲旅行或讀書，都要保護好自身的安全，還有千萬不要隨便搭理陌生人以免惹禍上身。【全文完】

 

Professor JianJang Huang

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 黃建璋教授

Negative refraction was observed from a semiconductor light source with embedded PhC nanohole arrays. For TE mode, when photons interact with the PhC, changes between positive and negative group indices in the dispersive band structure modulate the group velocity, resulting in the confinement of radiation light to 10°. On the other hand, TM-mode photons are less perturbed by the air hole structure. This study uses 3D far-field analysis to visualize the energy distribution radiating from the devices and EFC analysis to obtain the group-velocity dispersion in PhCs. Theoretical and experimental results show that the inward and outward propagating light collide intensely near the Brillouin zone in the TE mode. The polarization-dependent spatial distribution makes it possible to achieve self-collimated electroluminescent devices, enabling negative refraction with short optical path lengths and larger numerical apertures for devices such as lasers and LEDs.

姓名：陳宏賓   指導教授：孫啟光教授

摘要

氮化鎵奈米柱是一個常被使用於光電元件和微機電元件的結構。然而當結構被縮小至奈米尺度時，一些有趣且和巨觀尺度底下不同之行為，常常引人注意和被研究。這些新的行為和現象將會造成未來元件縮小化後，在設計和實作上的挑戰。然而為了可以在製程的過程中，及時監控和量測材料的特性，一些量測的技術因此被發展出來。我們提出利用飛秒雷射所激發的二維陣列氮化鎵奈米柱的音波局限模態來監控奈米材料的彈性係數(elastic stiffness contant)的改變。在這裡的研究中，我們成功的利用電子束微影系統以及偶合電漿子乾式蝕刻技術，製作出直徑小於35nm的氮化鎵奈米柱，並利用奈米超音波的量測技術觀察不同直徑大小下之奈米柱的徑向呼吸模態。在我們的分析裡，我們觀察到當奈米柱直徑小於50nm的時候，材料的彈性係數(elastic stiffness contant)會變小，我們推論這是因為氮化鎵材料因尺度奈米化後，表面原子和原子之間的鍵結變弱造成的材料軟化效應(softening effect)。 圖一、直徑163nm奈米柱量測結果，內圖是奈米柱的電子顯微鏡圖，呼吸模態的震盪載在實驗所取的曲線上。 圖二、內圖為扣除掉背景曲線的呼吸模態震盪訊號，將這個訊號做fast-Fourier轉換，即可得到樣品所被量測的頻譜。在頻譜中，主要的頻率極是呼吸模態的共振頻率，頻率為31.9GHz。

論文題目：適用太空環境的高效能光纖陀螺儀之抗輻超螢光光纖光源

姓名：彭子軒   指導教授：王倫教授

摘要

本博士論文解決了高性能光纖陀螺儀在太空應用中最重要的問題，論文中報告了摻鉺光纖的輻射效應，提出了光退火法用以快速回復摻鉺光纖的輻射損耗，也提出了反射率調整技術用以完全消除輻射造成超螢光光纖光源的平均波長漂移，結合這些方法，本論文提出的抗輻超螢光光纖光源可幫助高性能光纖陀螺儀擁有不受輻射影響的效能。 一般光纖的輻射損耗來自輻射游離的電子或電洞被陷獲在光纖纖核中玻璃結構的點缺陷裡，摻雜元素會使得光纖的輻射敏感度上升，因此摻鉺光纖的輻射敏感度較純石英纖核光纖來得高，摻鉺光纖的輻射損耗主要來自共摻雜元素，例如：鋁與鍺，輻射損耗對輻射劑量關係可用冪次函數擬合得很好，本論文找到輻射敏感度對鋁濃度有線性關係，其斜率為0.24 dB/m/krad/mole%。 波長532 nm光退火有非常優良的退火效率，摻鉺光纖在波長900 nm到1700 nm的輻射損耗可被完全恢復(如圖一所示)，從模擬計算的結果中推測在太空中摻鉺光纖的輻射損耗可因此減低至0.002 dB/m。另一方面，反射率調整技術可使得超螢光光纖光源在輻射環境中維持相同的平均波長(如圖二所示)，而且有著34 nm寬的頻寬，結合上述兩者技術，此抗輻的超螢光光纖光源可以保持穩定的平均波長以及大於40 mW的高輸出功率直到累積輻射劑量為200 krad，此效能超越以往文獻的結果，且優於超螢光二極體。 圖一 圖二

— 資料提供：影像顯示科技知識平台 (DTKP, Display Technology Knowledge Platform) —

— 整理：林晃巖教授、陳聖灝 —

光子晶體：更卓越的資料處理

透過機械組裝精密的結構，研究人員已經可以在三維光子晶體中導引通信波長的光(telecommunications-wavelength)繞過多個夾型彎(hairpin turns)。

長途光纖通信系統是網際網路的主幹，同時在能量的使用上、速度上、容量上以及距離上相當有利於資料的傳輸。然而，較短的距離時，如：擠滿電腦的房間、辦公室的網路或者電腦的主機板會以銅線與無線電傳輸為主，因為它們具有很大的空間適應性。因此，近幾年對短距通信空間的適應性與效用性的改善引起大量的興趣，以期達到兩者皆備的世界。

在近期Nature Photonics中，Ishizaki及其同仁描述使用三維光子晶體，第一次展示任意選擇導引非極化通信波段可繞過各種的突彎處。以木材堆疊方式的三維光子晶體將光束縛在具有高光子能隙的狹窄波導內，能隙範圍內任何角度或極化的光都無法逃離。而且這種木柴堆疊集合的結構比一般三維光子晶體來得容易製造，它可以使用機械執行自動化的組合程序一次完成相同的一層的組合。

為了達到三維的週期性，自動化的操作更助於每個連續層的對準。這個以木材堆疊的結構在水平與垂直45°傾斜的方向上有著線型缺陷(line defects)以導引光的走向。值得注意的是連接處的組合促進了模態的匹配；因為縱向的波導模態與橫向的波導模態的色散截然不同，這是針對過去努力的一大進步。研究人員藉由物理的直覺與有線差分時域模擬法(finite-difference time-domain simulations)制定橫向－橫向、橫向－斜向與斜向－斜向組合的最佳耦合方法。然後不僅在1,220–1,450 nm範圍內製造具有完整三維光子能隙特性的基本三維木堆結構，而且將一系列逐漸複雜的波導結構連接在一起。最驚人的結果是入射光被分開按路線傳導至晶體另一面不同的出口。

要充分瞭解這些結果的意義，我們回顧一下資訊傳輸科技的發展。在1876年電話發明後，工程師們開始使用金屬線傳輸資訊而且不受干擾。1966年，Charles K. Kao理論上描述了一種可能的方法在更長的距離傳輸更多的資訊：即在極低損耗的玻璃纖維傳送光波，而此纖維也就是所謂的光纖電纜。在往後的四年之內，Corning Glass Works的團隊經過測試發展出比銅線多65,000倍傳輸量的光纖電纜，並取得專利。然而，一個完整的傳輸系統需要兩種必要的要素：可快速調制且較便宜光源與可接收跟光源相同波長的接收器。

同年，光源的問題在室溫下可進行連續波操作的半導體二極雷射(semiconductor diode laser)發明下意外地被解決。接收器的問題可使用矽光電二極體(silicon photodiodes)克服，同時矽光電二極體已用在光電電池上。到1976年，光纖系統才開始用於商業上。然而，儘管光纖的應用已有長足的進步，但是要降低損耗依然有限制，特別是在800–900 nm的波段。為了增加長距離通信的波段範圍，另一種創新發揮的作用：摻鉺光纖放大器，可在千里之處放大與復原複雜的光訊號。在1988年，成功地展示跨大西洋的光纖傳輸。使光纖通信成為目前全球主要的數據傳輸方式，這是一個了不起的成就。這項科技不斷地進步，如逐漸地利用密集相鄰的波長與極化，讓網路流量在過去十年的年均複合成長率達到40–50%。

最近，幾個研究團隊一直在探索長途光纖通信的成功是否適用於短距寬頻來提高效率，其中包括高性能的計算和數據中心。在矽奈米光子學寬廣的範疇中讓高性能的光學連接有了希望。在這方法中，利用相容於互補式金氧半導體(complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS))的製程程序製造光學元件，並與原先的電子層垂直地相連接。就像長途通信一樣，關鍵的元件包含光源與被動式波導元件(類似光纖電纜)。

再者，奈米光子系統與其他子系統的封裝與組裝面臨新的挑戰，其中可能包括電子、微機械與微流體系統，還有異質材料如三五族化合物、量子點與奈米電漿材料的整合。鑑於未來空間的限制與多功能系統需求快速增加的可能性，使光能夠在低損耗下順著三維結構的複雜路徑傳輸將是成功擴展與縮放系統的關鍵。

由於實驗製程與量測技術的使用，Ishizaki 等人近期的工作相當重要。研發人員使用地球上豐富的矽製作出三維木頭堆疊的光子晶體，他們可以精確地對齊矽同時在適當的尺寸下堆疊使其中具有空氣縫隙而能夠有最大的光子能隙與最低的損耗。校準與堆疊系統利用自動化的型態辨識(pattern recognition)以減少錯誤，似乎是世界上最先進的技術。真正的價值就在使用的當下，當然，所有掃描電子顯微鏡圖看起來正是他們所要的。

研發人員在入口端使用聚焦至1.55 μm的高斯光束，並在預期的出口散焦來測量光學傳輸系統，同時比較這個對照實驗中沒有三維光子晶體的情況。結果雖然有雜訊，但與可能使用的粗略估計與初步計算相比較是合理的。雖然確實的傳輸率不高(目前在0.01–1%的範圍)，似乎足以為數據傳輸上的應用，而且未來會有系統地改進。

另一方面，可能因為空間的限制，Ishizaki等人過去所做的並未解決這些關鍵問題。尤其是波導結構對於偏光的靈敏度與保存性以及在一般準則下設計的適當水平－垂直波導連接都未被討論。建議讀者查詢參考資料[11]以獲得更多相關的內容。此外，實驗結果欠缺任何直接的理論計算。即使特別的假設用來達到近似的匹配，到目前為止他們會提高對此的認識，知道在實驗結構的製造中什麼是好的與什麼是需要改進的。如果Ishizaki 等人的方法擴展到更多複雜的光電路，此任務將變得嚴峻，因為如反射(back reflection)損耗會隨著電路的複雜性快速增加。

需要更多的理論與模擬研究與Ishizaki等人的研究結果來相輔相成。在選定的與可諧調的波段做可用的研究將適當地做為波長分割多工的應用，可在光通訊的標準下用於細分通道的傳輸容量。同時，新功能的研究包括光儲存、超快資料傳輸、光子晶體表面放射雷射與奈米電漿微型化組合成新型的材料似乎是有必要的，如圖1所示。或許這個努力為替代一般光纖的可行性開闢了新的門徑，無論何處發現的特殊價值都是難能可貴的。

圖1、使用高效能的奈米光子光可能的新功能包含超快資料傳輸、光學儲存、超靈敏生化感測與新式固態整合晶片光源